基于微環(huán)諧振腔的毫米波信號發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種光纖通信領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于硅基自耦合微環(huán)諧振腔的毫米波信號產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高質(zhì)量的微波/毫米波信號源在無線通信、光載射頻網(wǎng)絡(luò)、軍事雷達系統(tǒng)、星間鏈路等系統(tǒng)中具有極其重要的作用。由于受到電子器件處理速率的限制，傳統(tǒng)的電子技術(shù)對于高速微波信號產(chǎn)生的研究逐漸接近瓶頸。利用光子技術(shù)產(chǎn)生、處理和傳輸高頻微波/毫米波信號不僅可以輕松地解決電子技術(shù)處理速率瓶頸的問題，更能將信號傳輸至更遠的距離，并且具有低損耗、高帶寬和抗電磁干擾能力強等特性。隨著CMOS技術(shù)的不斷發(fā)展，高頻CMOS電路的制作工藝更趨成熟，制作工作頻率在幾十GHz的電路已變得很容易。
[0003]但在上行鏈路中，毫米波信號必須通過外部的調(diào)制器，才能調(diào)制到光信號上，因而系統(tǒng)的實際可工作頻率取決于現(xiàn)在的外部調(diào)制器而不是毫米波收發(fā)器的工作頻率上限。盡管已有調(diào)制頻率可達數(shù)百GHz的光外部調(diào)制器，但是由于其驅(qū)動電路復(fù)雜、成本高，使得每個基站成本非常高，不利于基站的大量架設(shè)。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN101873172B，公告日2013.1.2，公開了一種基于光纖環(huán)形諧振腔的毫米波發(fā)生裝置及方法，包括:半導(dǎo)體光放大器、1*2保偏光耦合器、馬赫增德爾強度調(diào)制器、三端口保偏光環(huán)形器、保偏光纖光柵、保偏光延遲線依次相連，構(gòu)成一個光纖環(huán)形諧振腔，由1*2保偏光耦合器的另一輸出端得到的光纖環(huán)形諧振腔輸出，經(jīng)波長可調(diào)光梳濾波器與高速光電探測器相連，馬赫增德爾強度調(diào)制器在頻率為^的微波源調(diào)制的情況下，通過控制馬赫曾德爾強度調(diào)制器的直流偏置電壓以及微調(diào)保偏光延遲線長度，在高速光電探測器的射頻輸出端發(fā)生頻率為4匕的毫米波信號。但該技術(shù)的諧振腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且輸出端毫米波信號頻率取決于微波源調(diào)制的頻率，不利于毫米波信號頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)，并且該技術(shù)制作工藝與成熟的CMOS加工工藝不兼容，不利于大規(guī)模集成和開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于硅基自耦合微環(huán)諧振腔的毫米波信號產(chǎn)生裝置，采用分插復(fù)用型硅基自耦合微環(huán)諧振腔的反射端對光頻率梳中的某些頻率成分進行提取并拍頻，可實現(xiàn)毫米波信號的產(chǎn)生，并可以通過改變分裂諧振峰間的距離而調(diào)節(jié)毫米波信號的頻率。同時，采用高折射率差的基于絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)，其制作工藝與成熟的CMOS加工工藝相兼容，有利于大規(guī)模集成和開發(fā)，這對以后集成光學芯片的微型化、高速化以及低功耗具有重大意義。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明涉及一種基于分插復(fù)用型硅基自耦合微環(huán)諧振腔的毫米波信號產(chǎn)生裝置，包括:依次連接的光發(fā)生模塊、待測器件和光分析模塊。
[0008]所述的光發(fā)生模塊包括:依次連接的射頻源、馬赫增德爾調(diào)制器、相位調(diào)制器、摻餌光纖放大器、可調(diào)光濾波器和光隔離器。
[0009]所述的射頻源與馬赫增德爾調(diào)制器之間、馬赫增德爾調(diào)制器與相位調(diào)制器之間、可調(diào)光濾波器與光隔離器之間分別串聯(lián)設(shè)置有偏振控制器。
[0010]所述的馬赫增德爾調(diào)制器和相位調(diào)制器之間并聯(lián)設(shè)置有光頻率梳優(yōu)化模塊。
[0011]所述的光頻率梳優(yōu)化模塊包括:無線電頻率合成器、電相移器和兩個電放大器，其中:兩個電放大器分別與無線電頻率合成器和電相移器相連，無線電頻率合成器與電相移器相連。
[0012]所述的待測器件為分插復(fù)用型硅基自耦合微環(huán)諧振腔，包括=Sagnac反射器結(jié)構(gòu)和兩個光親合直波導(dǎo)，其中:兩個光親合直波導(dǎo)分別與Sagnac反射器結(jié)構(gòu)的輸入端和輸出端親合。
[0013]所述的Sagnac反射器結(jié)構(gòu)為中央親合的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0014]所述的光分析模塊包括:依次連接的光纖分束器、摻餌光纖放大器、可調(diào)光濾波器、光電探測器和采樣示波器。
[0015]所述的光纖分束器的一個輸出端與摻餌光纖放大器相連，另一個輸出端與光譜分析儀相連。
[0016]本裝置通過以下方式生成毫米波信號:
[0017]I)光發(fā)生模塊產(chǎn)生射頻信號，經(jīng)相位優(yōu)化和放大后產(chǎn)生光頻率梳，經(jīng)放大濾波后輸入待測器件；
[0018]2)調(diào)節(jié)光發(fā)生模塊產(chǎn)生的連續(xù)光的波長，使待測器件頻率分量的中心與待測器件分裂透射峰的中心對準；
[0019]3)提取待測器件的頻率分量；
[0020]4)待測器件輸出的光信號進入光分析模塊分作兩路，一路進入光譜分析儀，另一路經(jīng)放大、濾波和光電轉(zhuǎn)換后進入采樣示波器進行時域波形觀測，取得毫米波信號。
技術(shù)效果
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于硅基集成光子器件的毫米波信號產(chǎn)生裝置能夠有效發(fā)生和調(diào)節(jié)毫米波信號，降低器件體積和成本，并可提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明示意圖；
[0023]圖中:1為可調(diào)激光器，2為偏振控制器，3為馬赫增德爾調(diào)制器，4為相位調(diào)制器，5為電放大器，6為電相移器，7為無線電頻率合成器，8為摻餌光纖放大器，9為可調(diào)光濾波器，10為光隔離器，11為硅基自耦合微環(huán)諧振腔，12為光纖分束器，13為光電探測器，14為采樣示波器，15為光譜分析儀；
[0024]圖2為待測器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖中:16為Sagnac反射器結(jié)構(gòu)，17為中心親合器，1^為Sagnac反射器與直波導(dǎo)之間的直通系數(shù)，t2為中心耦合區(qū)的直通系數(shù)，K $ Sagnac反射器與直波導(dǎo)之間的耦合系數(shù)，K2為中心耦合區(qū)的耦合系數(shù)；
[0026]圖3為圖2中t1= 0.95，12= 0.97時待測器件歸一化功率傳輸譜；
[0027]圖中:(a)為輸入端到輸出的歸一化功率傳輸譜，(b)為(a)中虛線框所示分裂諧振峰歸一化功率傳輸譜；
[0028]圖4為待測器件原理圖；
[0029]圖中:f。為硅基自耦合微環(huán)諧振腔的中心頻率，Bp為分裂透射峰間的距離；
[0030]圖5為兩個待測器件A和B的掃描頻譜圖；
[0031 ]圖6為光分析模塊輸入端光頻率梳；
[0032]圖7為待測器件A光分析模塊輸出端譜圖；
[0033]圖中:(a)為輸出光譜，(b)為毫米波信號；
[0034]圖8為待測器件B光分析模塊輸出端